下控制臂是轮式装甲车辆悬架的关键零部件,悬架承载能力不仅需要满足车辆装备枪、炮塔、披挂装甲以及车辆自救设备的要求,还要抵御恶劣路况环境带来的高频次大冲击载荷。Ti-6Al-4V钛合金是α+β型两相钛合金,其具有质量轻,比强度高的优点,是轮式装甲车辆下控制臂的首选材料之一。针对目前国内采用自由锻工艺成形Ti-6Al-4V钛合金下控制臂预制件存在的诸多问题,如尺寸精度低、材料消耗多、工艺稳定性差、生产效率低等。本课题采用楔横轧工艺成形车辆Ti-6Al-4V钛合金下控制臂预制件,围绕其尺寸成形精度、微观组织演变、心部缺陷和力学性能等科学问题和技术难点开展研究。首先,基于Ti-6Al-4V钛合金等温压缩、拉伸和高温相变实验分别研究了其高温变形行为、动态再结晶行为、损伤演变机制和相变行为。结果表明:Ti-6Al-4V钛合金的高温流变曲线具有流动软化特征。动态再结晶的产生是使具有等轴组织的Ti-6Al-4V钛合金在高温变形过程中发生流动软化的重要原因。高温拉伸的断口形貌表现为韧性损伤,损伤首先在两相的界面上产生。材料的断裂强度与温度的变化趋势相反,断裂应变的变化趋势则与之相同。β相转变温度为992℃。基于Ti-6Al-4V钛合金的高温变形行为和微观组织演变机理建立了一套考虑相体积分数、动态再结晶体积分数和塑性温升的统一粘塑性本构模型,所建立的本构模型能够较好的反映材料的流变应力特性。并且其微观组织的演变过程也可以被准确描述。通过对Deform-3D数值模拟平台的二次开发,建立了 Ti-6Al-4V钛合金楔横轧成形的热-力-微观组织多场耦合的有限元模型。基于该模型开展了 Ti-6Al-4V钛合金楔横轧成形的尺寸精度和组织性能的协同控制研究。其次,通过数值模拟、理论分析和实验验证的方法对楔横轧Ti-6Al-4V钛合金轴过程中的缩颈和椭圆的形成机理进行了分析。同时研究了楔横轧工艺参数对直径尺寸偏差和椭圆度的影响规律。对直径尺寸偏差的影响分析表明:Ti-6Al-4V钛合金存在流动应力软化特性,这促使其在楔横轧过程中更易产生缩颈。成形温度较高时材料的变形抗力降低,轴向力也较低,不易产生缩颈。减小展宽角、增大成形角以及增加断面收缩率,轧件承受的由楔平面产生的轴向力增大,直径尺寸偏差增大。增大轧辊转速,轧件表面的塑性温升增大,屈服应力降低,直径尺寸偏差增大。对椭圆度的影响分析表明:升高成形温度或降低轧辊转速会使Ti-6Al-4V钛合金的横向流动增强,椭圆度值增大。通过改变成形角、展宽角和断面收缩率,模具和工件之间的接触面积发生改变,促使金属沿轴向和切向的流动产生了不同的体积变化,进而影响了 Ti-6Al-4V钛合金轴的椭圆度。通过多场耦合有限元模型分析和实验验证,揭示了楔横轧工艺参数对Ti-6Al-4V钛合金轴塑性成形过程中α相体积分数演变的影响规律。通过力学性能测试结果分析了相组成和形貌对Ti-6Al-4V钛合金力学性能影响的基本机制。结果表明:成形温度,断面收缩率和轧辊转速对α相体积分数影响作用明显。模具几何参数对其影响不大。额外的等轴晶粒促使Ti-6Al-4V钛合金强度性能的增加,粗大的小板条状α相的存在降低了材料的延伸率。初生α相体积分数在0.35～0.4范围内时可以保证轧件具有较高强度和良好的延伸率水平。轧件高温拉伸试样的断口形貌表现出良好的韧性断裂特征。采用实验与数值模拟分析了楔横轧的心部缺陷的形成机理。综合考虑轧件心部应力状态、温度和应力三轴度对轧件损伤的影响建立了混合损伤准则。基于耦合混合损伤准则的有限元模型揭示了楔横轧工艺参数对心部损伤的影响规律。结果表明:减小成形角,增大展宽角,提高成形温度均会使轧件的椭圆度增加,“揉搓”效应明显增大损伤值也增大。大断面收缩率时心部交变应力次数和主应力以及最大剪切应力水平增加,同时等效应变增大,损伤值相应增大。最后,通过响应面法以直径尺寸偏差,椭圆度和α相体积分数为优化目标对工艺参数进行优化。成功轧制出某车型下控制臂预制件的比例件。轧件直径尺寸偏差在+0.11至-0.06mm范围内,椭圆度最大值为0.058mm,α相体积分数为0.465。最低抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率分别为980MPa、18%和48%,均满足技术指标要求。轧件心部没有缺陷产生。下控制臂模锻成形有限元结果显示,楔横轧件满足模锻要求。本研究为楔横轧Ti-6Al-4V钛合金下控制臂预制件的成形和组织性能调控提供了理论参考。